具有可变带隙沟道的隧穿场效应晶体管制造技术

本发明专利技术描述了包括可变带隙沟道的隧穿场效应晶体管(TFET)。在一些实施例中，可以通过诸如电压或电场等力的施加或撤除的至少其中之一来动态改变可变带隙沟道的一个或多个带隙特性。在一些实施例中，可变带隙沟道可以被配置为响应于力的施加和/或撤除而从导通调制到截止状态，反之亦然。可变带隙沟道在导通状态中可以呈现出比在截止状态中更小的带隙。结果，TFET可以呈现出相对高的导通电流、相对低的截止电流和低于60mV/十倍程的亚阈值摆幅中的一个或多个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容总体涉及隧穿场效应晶体管(TFET)，并且更具体而言，涉及具有可变带隙沟道的TFET。还描述了形成这种TFET的方法。
技术介绍
金属氧化物半导体(MOS)常用于集成电路中，例如，用于金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)中。通常，MOSFET和其它MOS晶体管包括被沟道分开的源极和漏极。电流通过沟道的流动通常受到一个或多个栅极的控制。考虑到这一点，MOSFET或其它MOS晶体管可以被配置为取决于其栅极-源极电压Vgs和漏极-源极电压Vds而工作于三个区域(即，线性区、饱和区和亚阈值区)的其中之一。亚阈值区是栅极-源极电压Vgs小于器件的阈值电压Vt的区域。Vt是器件的沟道开始电连接源极和漏极，即，晶体管电流被接通时的电压值(施加于由源极引用的栅极)。晶体管的亚阈值摆幅(SS)是可以被视为与多种晶体管性质相关的重要特性。例如，亚阈值摆幅可以代表可以相对容易“接通”和“关断”晶体管以及可以进行这种开关的速率。亚阈值摆幅可以由kT/q的函数来表达，其中T是绝对温度，k是玻耳兹曼常数，q是电荷的大小。诸如MOSFET等很多MOS器件的亚阈值摆幅在300开氏度下具有大约60mV/十倍程(decade)的下限。受到该极限限制的MOSFET可能无法在室温下比60mV/十倍程更快地接通和关断。这种极限还可能影响诸如MOSFET等MOS器件的工作电压和阈值电压要求，尤其是在MOSFET在低栅极-源极电压Vgs下工作的时候。在这样的电压下，MOSFET的导通电流可以相当低，因为其可以在接近其阈值电压Vt的电压下工作。换言之，亚阈值摆幅的60mV/十倍程的极限可以限制或防止栅极-源极电压进一步(向下)缩放，从而可以阻止或防止减小包括MOSFET晶体管的芯片的功率需求。由于已经在这种器件被缩放时观察到MOSFET器件的功耗增大，以上问题进一步加重。功耗增大被认为至少部分是由于源极到漏极泄漏电流增大，这又可能是这种器件所采用的小沟道长度尺寸(即，短沟道效应)所导致的。泄漏电流的这种增大可以转换为截止电流(Ioff)的显著增大，尤其是在将在诸如处理器或其它芯片的集成电路装置中使用大量MOS器件的时候。已经提出了隧穿场效应晶体管(TFET)作为MOSFET的后继者。除了其它方面，TFET使用不同的物理机制工作，实现了相对低的截止电流。此外，TFET的理论亚阈值摆幅极限可以小于60mV/十倍程。因此，相对于MOSFET的有用栅极-源极电压，TFET提供了在较低栅极-源极电压Vgs下工作的可能。尽管有那些潜在优点，但很多TFET在给定的栅极-源极电压和/或“截止电流”Ioff下遭受较低的“导通电流”Ion的影响。例如，这可能是因为隧道势垒的相对高的电阻。尽管异质结TFET已经表现出一些前景，因为其中一些已经呈现出相对高的Ion和相对低的Ioff的组合，但这些器件的试验验证尚未表现出亚60mV/十倍程的亚阈值摆幅。附图说明随着以下具体实施方式的进行，并且在参考附图时，所主张主题的实施例的特征和优点将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记表示相似部分，并且在附图中：图1是与本公开内容一致的示例性隧穿场效应晶体管(TFET)的方框图；图2A示出了与本公开内容一致的示例性TFET，其中该TFET被接通且包括可变带隙沟道，其可以由离子/载流子的漂移来接通和关断；图2B是图2A的TFET的带隙图；图2C示出了与本公开内容一致的示例性TFET，其中，TFET被关断且包括可变带隙沟道，其可以由离子/载流子的漂移来接通和关断；图2D是图2C的TFET的带隙图；图3是定性描绘了针对与本公开内容一致的包括由离子漂移来开关的
沟道的示例性TFET和包括由未掺杂半导体材料形成的沟道的TFET的漏极电流(Id)的对数与所施加的栅极电压(Vg)对比的关系的曲线图；图4是与本公开内容一致的示例性TFET的方框图，其中，TFET包括至少部分由Mott绝缘体形成的可变带隙沟道；图5描绘了与本公开内容一致的示例性TFET的导通和截止带隙曲线图、以及包括由未掺杂半导体材料形成的沟道的TFET的导通和截止带隙曲线图，其中，TFET包括至少部分用Mott绝缘体形成的可变带隙沟道；图6是与本公开内容一致的示例性TFET的绝对横向电场与晶体管位置对比的曲线图，其中，TFET包括至少部分由Mott绝缘体形成的可变带隙沟道；图7是定性描绘了与本公开内容一致的针对包括至少部分由Mott绝缘体形成的可变带隙沟道的TFET、以及包括由未掺杂半导体材料形成的沟道的TFET的漏极电流的对数(log(Id))与所施加的栅极电压(Vg)对比的关系的曲线图；图8是描绘了可以根据与本公开内容一致的产生TFET的方法来执行的示例性操作的流程图。尽管将参考例示性实施例继续进行以下具体实施方式，但其很多替代方案、修改和变化对于本领域的技术人员将是显而易见的。具体实施方式为了简单和清楚起见，本公开内容的附图示出了各种实施例的构造的一般方式，并且可以省略公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地使本公开内容的所描述实施例的论述难以理解。应当理解，附图的元件未必是按比例绘制的，并且出于增强对所述实施例的理解的目的，可以相对于其它元件放大一些元件的尺寸。在本公开内容和权利要求中使用术语“第一”、“第二”、“第三”等以在类似元件之间进行区分，并且这些术语不一定用于描述特定的相继次序或时间次序。应当理解，可以在适当环境中可交换地使用这样的术语，使得可以使本公开内容的方面按照除明确描述的次序之外的次序工作。如
技术介绍
中简要解释的，隧穿场效应晶体管(TFET)有可能相对于
诸如MOSFET等金属氧化物半导体器件呈现出各种益处。然而迄今为止，很多TFET在给定的栅极-源极电压和/或截止电流Ioff下呈现出相对低的导通电流Ion，这可能限制其实际的有用性。此外，TFET的许多实验性研究表明，所研究的TFET呈现出的亚阈值摆幅比MOSFET呈现的60mV/十倍程的极限更高。因此，对具有改善的性能特性的TFET感兴趣。考虑到以上内容，本公开内容总体上涉及包括具有可以通过施加力或去除力的至少其中之一来改变的带隙特性的沟道的TFET。为了清楚起见，以下将这样的沟道简称为“可变带隙沟道”。如稍后将更详细描述的，使用可变带隙沟道可以允许动态调节沟道的带隙，由此对TFET的工作提供了精细控制。此外，使用可变带隙沟道可以实现尤其是与采用由未掺杂的半导体材料(例如但不限于InAs、InGaAs、Ge、GeSn、其组合等)形成的沟道的TFET(为了方便起见，在下文中称为“常规TFET”)相比呈现期望的性能特性的TFET的产生。更具体而言并且从以下论述将变得显而易见，在一些实施例中，与本公开内容一致的TFET可以呈现出相对高的导通电流Ion和相对低的截止电流Ioff，尤其是在与常规TFET所呈现的Ion和Ioff相比时。此外，在一些实施例中，与本公开内容一致的TFET可以在室温下呈现出比常规TFET的亚阈值摆幅(SS)更小的SS，并且在一些情况下，呈现出比诸如MOSFET的MOS器件所呈现的60mV/十倍程极限更低的SS。考虑到以上内容，本公开内容的一个方面涉及包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧穿场效应晶体管，包括：源极；漏极；所述源极与所述漏极之间的可变带隙沟道；以及紧邻所述可变带隙沟道的至少一个栅极区；其中，所述可变带隙沟道的至少一个带隙特性响应于对所述可变带隙沟道的力的施加和去除的至少其中之一而动态变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种隧穿场效应晶体管，包括：源极；漏极；所述源极与所述漏极之间的可变带隙沟道；以及紧邻所述可变带隙沟道的至少一个栅极区；其中，所述可变带隙沟道的至少一个带隙特性响应于对所述可变带隙沟道的力的施加和去除的至少其中之一而动态变化。2.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述力是从电压、电场或其组合中选择的。3.根据权利要求2所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述力是电压。4.根据权利要求2所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述力是电场。5.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述可变带隙沟道包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层在其中具有载流子的相对分布，其中，所述载流子的相对分布响应于所述力的所述施加和所述去除的至少其中之一而变化，引起所述至少一个带隙特性的对应变化。6.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述可变带隙沟道包括第一材料层和第二材料层，其中，所述第一材料层包括第一氧化物，并且所述第二材料层包括被部分氧化并与所述第一氧化物互补的第二氧化物。7.根据权利要求6所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述第一材料层包括选自由Al2O3、HfO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、VO2、Y2O3和ZrO2
\t构成的组的至少一种氧化物。8.根据权利要求7所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述第二材料层包括选自由以下材料构成的组的至少一种部分氧化物：Al2Ox，其中x小于3；HfOx，其中x小于2；SiOx，其中x小于2；Nb2Ox，其中x小于5；Ta2Ox，其中x小于5；TiOx，其中x小于2；VOx，其中x小于2；Y2Ox，其中x小于3；以及ZrOx，其中x小于2。9.根据权利要求8所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述第一材料层包括TiO2，并且所述第二材料层包括TiOx，其中x小于2。10.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述可变带隙沟道包括响应于所述力的所述施加和所述去除的至少其中之一而呈现出金属到绝缘体转变的材料。11.根据权利要求10所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述可变带隙沟道包括Mott绝缘体。12.根据权利要求11所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述Mott绝缘体包括以下材料中的至少一种：VO2；掺铬V2O3；La2-xSrxCuO4，其中x小于或等于2；RNiO3，其中R是一种或多种稀土元素；La1-xSrxMnO3，其中x小于或等于1；以及YBa2Cu3O7。13.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其中，所述隧穿场效应...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·E·阿维奇，D·E·尼科诺夫，I·A·扬，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US